利用藍牙技術(shù)實現(xiàn)家庭無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

引言
　　
當(dāng)今信息化的一個重要方面就是因特網(wǎng)(Internet)和移動通信(mobile communication)的迅猛發(fā)展。它使得人們的生活方式、工作方式以及思維方式都發(fā)生了巨大的變化，同時也刺激人們對電腦以外的各種數(shù)據(jù)源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求日益增長。智能家庭網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展給信息社會注入了新的生氣和活力，而藍牙(Bluetooth)技術(shù)的日趨成熟無疑給這個新的浪潮起到了推波助瀾的作用。
　　
家庭網(wǎng)絡(luò)是指在家庭和社會的信息網(wǎng)絡(luò)相連之前，將家庭內(nèi)部所有的信息設(shè)備連接起來而形成的網(wǎng)絡(luò)。顯然，連接家庭網(wǎng)絡(luò)最理想的技術(shù)是無線通信技術(shù)，它用微波取代了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中錯綜復(fù)雜的電纜。目前，關(guān)于該技術(shù)有不少產(chǎn)品和標準，如Butterfly, Diamond, Proxim, Shavewave等公司的產(chǎn)品，其中最具有代表性的是Bluetooth和HomeRF兩種技術(shù)。Bluetooth的優(yōu)勢在于全球標準的統(tǒng)一，具有互操作性，以及能非常方便地實現(xiàn)快速、靈活、安全、低成本、低功耗的數(shù)據(jù)和語音通信，因此Bluetooth技術(shù)在家庭無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的發(fā)展?jié)摿薮蟆?
　　
系統(tǒng)設(shè)計
　　
藍牙的載波選用在全球公用的2.4GHz工科醫(yī)學(xué)（ISM）頻帶，并采用跳頻擴譜技術(shù)（FHSS）。跳頻速率為1600次/s，以2.45GHz為中心頻率最多可得到79個1MHz帶寬的信道。藍牙設(shè)備采用的是GFSK調(diào)制技術(shù)，其傳輸速率為1Mb/s，實際有效速率最高可達721Kb/s，傳輸距離為10m。語音傳輸采用連續(xù)可變斜率調(diào)制編碼（CVSD）技術(shù)，通信協(xié)議則采用時分多址（TDMA）協(xié)議。遵循Bluetooth協(xié)議的各類數(shù)據(jù)和語音設(shè)備都能夠以無線方式接入到公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中（如Internet, Intranet）。
　　　 　
藍牙系統(tǒng)以點到點PPP（Point-to-Point Protocol）連接為基礎(chǔ)，用無線方式將若干藍牙設(shè)備連接成1個微圖1主從設(shè)備的拓撲結(jié)構(gòu)圖微網(wǎng)（Piconet）。每個Piconet的藍牙裝置組成為1個主設(shè)備（Master）和若干個從設(shè)備（Slave），主設(shè)備負責(zé)通信協(xié)議的運作。MAC地址用3位來表示，即在1個微微網(wǎng)內(nèi)可尋址８個設(shè)備（互聯(lián)的設(shè)備數(shù)量實際是沒有限制的，只不過在同一時刻只能激活８個，其中１個為主，７個為從）。圖1給出了1個微微網(wǎng)中主從設(shè)備的拓撲結(jié)構(gòu)圖。此外，藍牙系統(tǒng)還支持點到多點的通信構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)，即1個主設(shè)備可以是其他Piconet的從設(shè)備，每個從設(shè)備也可以是其他Piconet的主設(shè)備。
　　　

1 硬件組成
　　　 　
圖2從設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)圖3主設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)中的硬件主要包括：天線單元、2.45GHz功率放大模塊、Bluetooth 模塊、語音編譯碼器、嵌入式微處理器系統(tǒng)、接口電路以及一些輔助電路。此外，主設(shè)備還包括以太網(wǎng)接口和嵌入式Modem部分。圖2、圖3給出了系統(tǒng)的主、從設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的天線屬于微帶天線，因此天線部分可以做得體積小、質(zhì)量輕。空中接口建立在天線電平為0dBm的基礎(chǔ)上，遵循FCC(美國聯(lián)邦通信委員會)有關(guān)電平為0dBm的ISM頻段的標準。由于Bluetooth采用跳頻擴譜技術(shù)，所以天線要求是寬帶天線：起始頻率為2.402GHz；終止頻率為2.480GHz。為了反抗多路徑干擾，本系統(tǒng)設(shè)計成是多樣化天線。系統(tǒng)的功率放大器工作在全球都可以使用的24GHz ISM頻帶上,功放的帶寬為2400~24835MHz。系統(tǒng)設(shè)計的通信距離為10m（0dB）。假如發(fā)射功率增加到20dB（100mw），會使距離達到100m。主設(shè)備的微處理器系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)，它是系統(tǒng)中要害技術(shù)難點。從某種角度上說，主設(shè)備起了智能網(wǎng)關(guān)的作用。它是整個家庭無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部分，要完成家庭無線網(wǎng)絡(luò)中各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，以及同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能，同時還負責(zé)對各個從設(shè)備的治理和控制?？紤]到為普通家庭用戶所能接受，微處理器采用非PC的廉價設(shè)備，主、從設(shè)備處理器都采用嵌入式Internet技術(shù)和高性能微處理器。Bluetooth模塊主要完成基帶部分協(xié)議的轉(zhuǎn)換以及將數(shù)字語音處理電路送來的語音數(shù)據(jù)流和微處理器送來的數(shù)據(jù)進行整合，然后經(jīng)編碼、調(diào)制后送給功率放大器放大再無線發(fā)出。該模塊主要包括兩大單元。
　　　


圖2 從設(shè)備到硬件結(jié)構(gòu)
　　　

圖3 主設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)